基于3DMine軟件的三維地質建模及儲量估算

聶曉亮 劉爽 汪龍飛

摘要：21世紀是信息化的時代，同時也是數字化的時代，而三維礦山模擬正是數字礦山中的關鍵技術。本文分析和研究了三維礦山模型的基本原理與方法，借助3Dmine軟件，以廣西西林縣馬蒿銻礦山的地質資料為基礎，建立三維地質模型，并利用普通克里格法對礦山進行資源儲量估算，結果顯示：馬蒿銻礦山通過普通克里格法估值的資源儲量與傳統(tǒng)地質塊段法估算的資儲量偏差為4.72%，誤差較小，3Dmine軟件可以實現資源儲量三維可視化及礦山基礎數據的精準、集約化管理。

關鍵詞：3Dmine；三維地質建模；儲量估算

1.引言

隨著計算機技術的日新月異，三維GIS技術和數據庫技術的迅速發(fā)展和日漸成熟[1]，數字礦山已成為近年來礦山研究的熱點和重點[2]。數字礦山的建設已從傳統(tǒng)的以平面圖和剖面圖為主的二維地質信息的模擬與表達逐步向三維地質建模及可視化方向飛速發(fā)展[3]。本文通過3Dmine軟件對廣西西林縣馬蒿礦山三維地質建模及資源儲量估算，以實現馬蒿銻礦山的資源儲量三維可視化，礦山數據的精確處理及高效管理，為礦山的開發(fā)生產提供參考。

2.礦山地質概況

2.1區(qū)域地質

馬蒿銻礦大地構造位置位于右江盆地中部（圖1）。礦區(qū)區(qū)域上主要由凌云孤臺、鳳山孤臺及深水槽盆組成，可明顯地劃分為臺內、臺緣、臺盆三個沉積巖相區(qū)。其中臺地上為一套灰、淺灰為主的碳酸鹽巖沉積，層位有泥盆系融縣組，石炭系堯云嶺組、都安組、大埔組、黃龍組，二疊系馬平組、棲霞組、茅口組、合山組，三疊系邏樓組、板納組。臺地邊緣以一套層理不清的“二疊紀海綿礁灰?guī)r”，與盆地多呈斷層接觸或陡崖式沉積不整合接觸。盆區(qū)主要為一套深灰綠色濁流沉積，層位有二疊系領好組、三疊系石炮組、百逢組、蘭木組，目前馬蒿銻礦礦體主要產出于板納組中下段。區(qū)域上斷層縱橫交錯，有環(huán)臺邊界斷裂，北東向、北西向和近南北向斷層等，斷層普遍具硅化蝕變，局部具黃（褐）鐵礦化及高嶺石化，與熱液型礦床關系密切。

2.2礦床地質

礦區(qū)出露地層主要為中三疊統(tǒng)板納組和中三疊統(tǒng)蘭木組。出露地層總厚985.63m，其中板納組厚793.33m，蘭木組厚192.30m。從新到老：蘭木組T2l，出露于礦區(qū)西部（I礦段大部地段）及礦區(qū)外圍。出露總厚度192.30m；板納組T2b，出露于礦區(qū)中—東部，出露總厚度793.33m。已發(fā)現的銻工業(yè)礦體均產在該層第二段第七層與第八層之間。礦區(qū)構造位于區(qū)域性的NWW向構造帶上的馬蒿—新寨背斜西端的馬蒿—文洞村一帶，按方向分為北西西—東西向、北東向、北西向及近南北向。其中，以北西西—東西向斷裂最為發(fā)育，其次為北東向斷裂，該兩組斷裂為礦區(qū)Ⅰ礦段主要的導礦斷裂，北西向及近南北向斷裂為成礦期后斷裂，對銻、金礦體起破壞作用。區(qū)內褶皺發(fā)育，馬蒿—新寨背斜：位于礦區(qū)的西部，為礦區(qū)的主干褶皺構造，長約5km，寬約1.5km。軸向東西向，傾向北。北翼傾角較緩，一般20°～60°，南翼傾角較陡，一般40°～80°。局部有倒轉和次級褶皺。在隆起部位發(fā)育幾個次級褶皺：即那外村東次級背斜、為良溝西次級背斜、文洞村北次級背斜。那外村東次級背斜：位于那外村以東1.5km～3km。軸部地層為板納組一段一分層，走向285°～292°，傾角56°～70°；北翼為納板組一段二分層—五分層，走向255°～282°，傾角24°～28°。那外村東次級背斜西翼的次次級向斜：為礦區(qū)Ⅰ礦段主要賦礦褶皺。軸向300°，傾向北東，傾角50°。兩翼不對稱；南西翼自軸部向西從緩變陡；北東翼自軸部向東則由陡變緩。向南東方向傾沒，北西端仰起撒開后被斷層破壞。由于區(qū)域構造應力的作用，加強了褶皺，造成了板納組二段的脆性巖石和三段的塑性巖石的過渡地帶發(fā)生虛脫，形成了層間擠壓破碎帶，為輝銻礦的賦存提供了良好的賦礦空間。礦區(qū)Ⅰ礦段的輝銻礦體、金礦體全部賦存在該次次級向斜軸部和相鄰的次次級背斜的共同翼上。

2.3礦體特征

目前礦區(qū)探明礦體主要為I號礦體（圖2），其他為零星礦體。I號礦體位于斷層F4以東、F17以北、F40以南，礦化面積約0.10km2。該礦體位于層間擠壓剝離破碎帶，地表露頭帶長約500m，往下延伸約300m～400m。其產狀與頂板、底板圍巖產狀相近似，總體傾向北西、南西，以此傾向自露頭帶往西延伸至F4被錯斷、往北至F40被錯斷。

銻礦石的結構構造按自然類型分為：塊狀礦石、角礫狀礦石、脈狀礦石。主要礦物為石英、輝銻礦；次要礦物為方解石、毒砂、絹云母、碳質、泥質、黃鐵礦；次生礦物為銻華、黃銻礦、方銻礦；蝕變礦物有石英、鐵白云石、絹云母、綠泥石、黃鐵礦、毒砂、方解石、碳質等。根據現有資料和前人研究結果，馬蒿銻礦礦床成因類型為：中低溫混合熱液滲濾交代—充填型。

3.三維地質建模

3.1地形遙感數據

傳統(tǒng)上，通常是用等高線來表示地球表面高低起伏的狀態(tài)。等高線是地表面上高程值相等的各相鄰點所連成的閉合曲線，也可以說是同一高度的水平面與地面相截形成的截面曲線，在水平面上的投影。用等高線表示的數字高程模型的數學意義是定義在二維地理空間上的連續(xù)曲面函數。當此高程模型在計算機上表達時，被稱為數字高程模型。目前，實際工作過程中，地形高程數據的來源方式主要包括影像資料和野外地形測量。3Dmine軟件實現了與平臺的數據交換，利用導入功能導入等高線數據，再經過等高線屬性賦值（把高程屬性賦到坐標值中），這樣，等高線模型（DTM）就可以進行三維顯示（圖3）。生成地表之后，為了使生成的物體更具有真實感，就需要采集景物表面的紋理細節(jié)。二維紋理映射可以很好地結合表現其地形地物特征。同時遙感影像具有大面積、多時態(tài)等特征，并能夠表現豐富的地表地物特征。所以，基于地形建模過程中，常采用遙感影像作為其紋理庫（圖4）。

3.2地質數據庫建立

地質數據庫的建立是礦山地質三維建模的第一步。在準確、充分采集和整理各類地質資料的基礎上，通過Excel表導入到3Dmine軟件中，建立相關Access地質數據庫。地質數據庫的組成部分有：鉆探、槽探、硐探編錄資料、勘探線剖面、遙感資料、化探數據及各類化驗結果數據等。3Dmine軟件自帶各類Excel導入表。

3.3礦體的圈定及三維建模

礦體的圈定即為實體模型的創(chuàng)建。通過詳細對比研究前人的實體模型創(chuàng)建經驗[4-7]，根據現有的各類地質資料，以相應的地質勘查規(guī)范為準繩，結合右江型銻礦的成礦模式及地質規(guī)律對礦體進行圈定。三維建模的主要流程為：數據庫導入→剖面礦體圈定→剖面間三角網連接→生成實體模型→根據地質信息優(yōu)化實體模型。馬蒿銻礦三維實體模型見圖5。

4.資源儲量估算

4.1塊體模型的建立

創(chuàng)建儲量估算塊體模型，根據礦體產狀、形態(tài)，按照一定的尺寸劃分克里格塊段，利用礦體實體模型約束，得到位于礦體內部或部分位于礦體內部的克里格塊（圖6），對每個克里格塊段賦屬性信息（名稱、體重、品位、編號等）（圖7），為了快速查詢定位子塊位置，數據采用八叉樹數據結構進行存儲[8-9]。

4.2估值方法及結果

本次采用普通克里格法估算馬蒿礦山的資源儲量，該方法的優(yōu)點為精度較高，線性平穩(wěn)，假定區(qū)域化變量滿足二階平穩(wěn)假設、內蘊假設或準二階平穩(wěn)假設和準內蘊假設。利用3Dmine軟件首先提取塊體約束信息，在軟件的地質統(tǒng)計模塊中進行地質信息的變異函數分析，添加搜索橢球體及地質數據庫信息，然后選擇塊體進行普通克里格估值，生成3Dmine塊體模型報告。最終，馬蒿銻礦山通過普通克里格法估值的資源儲量與傳統(tǒng)地質塊段法估算的資源儲量偏差為4.72%，與傳統(tǒng)地質塊段法估算的結果相差較小。

5.結論

通過3Dmine軟件可以實現三維地質建模，能夠快速有效地實現資源形態(tài)可視化，并對數據實行精準、高效的管理，通過普通克里格法估算的資源儲量結果與傳統(tǒng)的地質塊段法相比較，誤差較小，具備實際使用價值，可以有效地提高礦山探礦工作的效率。

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